WO2022045000A1 - アンテナ装置およびアレイアンテナ - Google Patents

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WO2022045000A1
WO2022045000A1 PCT/JP2021/030589 JP2021030589W WO2022045000A1 WO 2022045000 A1 WO2022045000 A1 WO 2022045000A1 JP 2021030589 W JP2021030589 W JP 2021030589W WO 2022045000 A1 WO2022045000 A1 WO 2022045000A1
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WO
WIPO (PCT)
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support member
heat radiating
antenna device
communication module
radiating member
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/030589
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English (en)
French (fr)
Inventor
佳英 大川
泉太郎 山元
Original Assignee
京セラ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/30—Auxiliary devices for compensation of, or protection against, temperature or moisture effects ; for improving power handling capability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the disclosed embodiment relates to an antenna device and an array antenna.
  • an array antenna in which a plurality of antenna devices are arranged is known.
  • measures to improve the heat dissipation of the antenna device by using a heat dissipation sheet or a heat sink are being studied.
  • the antenna device includes a support member, a communication module, and a heat dissipation member.
  • the communication module is located above the support member and has recesses or protrusions facing the support member.
  • the heat radiating member is located inside the concave portion or around the convex portion, and joins the communication module and the support member.
  • the array antenna includes a support member, a plurality of communication modules, and a heat dissipation member.
  • the communication module is located above the support member and has recesses or protrusions facing the support member.
  • the heat radiating member is located inside the concave portion or around the convex portion, and joins each of the communication modules and the support member, respectively.
  • FIG. 1A is a plan view showing an outline of the array antenna according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the fifth modification of the first embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the sixth modification of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the seventh modification of the first embodiment.
  • FIG. 5A is a plan view showing an outline of the array antenna according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 5A.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the first modification of the second embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the second modification of the second embodiment.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the third modification of the second embodiment.
  • FIG. 6D is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the fourth modification of the second embodiment.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view showing an example of the surface shape of the support member.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing another example of the surface shape of the support member.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing an outline of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing an outline of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 8C is a cross-sectional view showing an outline of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 8D is a cross-sectional view showing an outline of the antenna device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram comparing the heat dissipation properties of the antenna devices shown in FIGS. 8A to 8D.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing an outline of an array antenna including the antenna device according to the first embodiment.
  • the array antenna 10 includes a plurality of antenna devices 1.
  • FIG. 1A illustrates a three-dimensional Cartesian coordinate system in which the arrangement directions of the antenna devices 1 are the X-axis and the Y-axis, respectively, and the direction intersecting the XY plane is the Z-axis. ing.
  • Cartesian coordinate system is also shown in other drawings used in the description below.
  • the Z-axis positive direction side may be referred to as "upper”.
  • the same components as those of the array antenna 10 shown in FIG. 1A are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • the plurality of antenna devices 1 are arranged side by side at predetermined intervals in a rectangular grid along the X axis and the Y axis intersecting the X axis.
  • the plurality of antenna devices 1 are not limited to the rectangular lattice shape, and may be arranged in any direction such as an orthorhombic lattice shape, a triangular lattice shape, or a hexagonal lattice shape. Further, the plurality of antenna devices 1 may be arranged irregularly.
  • FIG. 1B is a sectional view taken along the line I-I of FIG. 1A.
  • the antenna device 1 has a support member 2, a communication module 4, and a heat dissipation member 3.
  • the support member 2 is, for example, a plate-shaped member extending along the XY plane.
  • the support member 2 may be, for example, a housing for accommodating the antenna device 1.
  • the support member 2 may be, for example, an aluminum alloy or other metal member. Further, the support member 2 may be a resin member such as a thermosetting resin or a photocurable resin.
  • the support member 2 can be made of a metal, for example, from the viewpoint of mechanical strength, heat resistance, and thermal conductivity. Further, the support member 2 can be made of a metal on the outside and an organic resin on the inside, for example, from the viewpoint of lowering the sensitivity to the ambient temperature.
  • the support member 2 may have a single-layer structure, for example, a structure in which a metal plate and an organic resin film (organic resin plate) are laminated.
  • the support member 2 may have a certain surface roughness or more.
  • the support member 2 has a shape having a certain surface roughness or more, the specific surface area becomes large on the rough surface. Therefore, the support member 2 has an improved adhesiveness with the heat radiating member 3, and at the same time, has an improved heat radiating property.
  • the communication module 4 is located on the support member 2 and the heat dissipation member 3.
  • the communication module 4 has a recess 4a facing the support member 2.
  • a heat radiating member 3 is located inside the recess 4a, and the communication module 4 is fixed on the support member 2.
  • the communication module 4 has a substrate portion 5 and an element unit 6.
  • the substrate portion 5 is located on the support member 2.
  • the substrate portion 5 is located so as to surround the element unit 6 in a plan view.
  • the recess 4a of the communication module 4 is a space surrounded by the substrate portion 5 and the element unit 6.
  • the board portion 5 is, for example, a wiring board.
  • the substrate portion 5 may be, for example, a multilayer wiring board which is located along the XY plane and in which each layer having an organic resin as an insulating layer is laminated in the Z-axis direction. Further, the substrate portion 5 may have, for example, copper as a conductor material, such as copper foil or copper plating.
  • the element unit 6 includes an antenna unit and a circuit unit.
  • the antenna unit and the circuit unit are, for example, mounted in a housing (not shown) and integrated as an element unit 6.
  • the antenna part has an insulating board, a patch, and a feeding line.
  • the insulating substrate may be, for example, a dielectric substrate containing a dielectric material.
  • the patch is a conductor film made of a conductive material such as copper.
  • the feeder electrically connects the patch of the antenna portion and the circuit portion. Further, the feeder line may electrically connect the element unit 6 and the substrate portion 5.
  • the circuit unit is, for example, an integrated circuit.
  • the circuit unit may include, for example, an RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit) or the like.
  • the circuit unit is electrically connected to the antenna unit and / or the substrate unit 5 via a feeder line.
  • the RFIC may be, for example, HEMT (High Electron Mobility Transistor) or HBT (Heterojunction Bipolar Transistor).
  • the element unit 6 is not located on the substrate portion 5, but the present invention is not limited to this.
  • the communication module 4 may be positioned so that the substrate portion 5 and a part of the element unit 6 overlap each other in a plan view. This facilitates, for example, the connection between the substrate portion 5 and the element unit 6.
  • the heat dissipation member 3 is located on the support member 2.
  • the heat radiating member 3 is fixed to the support member 2.
  • the heat radiating member 3 is located between the support member 2 and the communication module 4. Specifically, the heat radiating member 3 is located inside the recess 4a, and fixes the support member 2 and the communication module 4.
  • the heat radiating member 3 receives the heat generated by the communication module 4 and dissipates heat from the heat radiating member 3 itself and the support member 2.
  • the heat radiating member 3 is, for example, TIM (Thermal Interface Material).
  • the heat radiating member 3 contains, for example, carbon.
  • the thermal conductivity can be increased as compared with the case where the heat radiating member 3 does not contain carbon.
  • the heat radiating member 3 may contain an organic resin such as an epoxy resin or a silicone resin.
  • the heat radiating member 3 may be made of a material whose surface has an adhesive function.
  • the support member 2 and the communication module 4 can be joined without using, for example, an adhesive or another member.
  • the heat radiating member 3 may be made of a material that is easily deformed. When the heat radiating member 3 is easily deformed, for example, the heat radiating member 3 easily enters the recess 4a of the communication module 4. As described above, if the heat radiating member 3 can be easily deformed according to the shape of the communication module 4 facing the heat radiating member 3, such as a step of the communication module 4, the contact area with the communication module 4 increases. It will be easier to do. Therefore, the heat dissipation of the communication module 4 is likely to be improved.
  • a material having a hardness of 0 or more and 70 or less may be used in a temperature range from room temperature (25 ° C.) to 125 ° C. (hereinafter referred to as an operating temperature range).
  • the hardness of the heat radiating member 3 can be measured using, for example, a durometer (type E) compliant with JIS K6253.
  • the heat radiating member 3 for example, a material having an elastic modulus of 0.1 MPa or more and 50 GPa or less may be used in the operating temperature range.
  • the elastic modulus of the heat radiating member 3 can be measured by using, for example, a sound velocity measuring device (pulse echo overlap method).
  • the heat radiating member 3 may have, for example, a glass transition temperature of 100 ° C to 130 ° C.
  • a glass transition temperature 100 ° C to 130 ° C.
  • the heat radiating member 3 is less likely to be deformed. Therefore, for example, it is possible to stabilize the connection between the communication module 4 and the support member 2 via the heat dissipation member 3.
  • the heat radiating member 3 may have a layered structure.
  • the layered heat radiating member 3 may be, for example, a film in which organic resin films having different elastic moduli are laminated in the thickness direction (Z-axis direction).
  • the heat radiating member 3 may have different components from the surface material and the internal material. When materials having different characteristics are used in combination for each part, for example, it is easy to reduce the thickness of the heat radiating member 3.
  • FIGS. 2A to 4 are cross-sectional views showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the first to fourth modifications of the first embodiment.
  • the antenna device 1 according to the first modification is different from the antenna device 1 shown in FIG. 1B in that the inside of the recess 4a of the communication module 4 is filled with the heat radiating member 3.
  • the inside of the recess 4a With the heat radiating member 3 in this way, for example, the contact area between the communication module 4 and the heat radiating member 3 increases. Therefore, the heat dissipation of the antenna device 1 can be further improved.
  • the communication module 4 and the heat radiating member 3 are in contact with each other without using an adhesive or the like.
  • a heat sink 7 may be provided between the support member 2 and the heat dissipation member 3.
  • the heat sink 7 is positioned so as to project onto the support member 2 facing the communication module 4.
  • the heat sink 7 is an example of a heat radiating body.
  • the heat sink 7 (heat radiating body) has a portion that overlaps with the heat radiating member 3 when the antenna device 1 is viewed through a plane.
  • the heat sink 7 (heat radiating body) is in contact with the heat radiating member 3 that fills the inside of the recess 4a of the communication module 4 on the outside of the recess 4a. That is, in this case, as shown in FIG. 2B, the thickness of the heat radiating member 3 is larger than the thickness of the substrate portion 5.
  • the heat generated by the communication module 4 is easily transferred from the heat radiating member 3 to the outside thereof, and the heat radiating property can be further improved.
  • the heat generated in the communication module 4 is easily transferred from the heat radiating member 3 to the heat sink 7. Further, since the heat sink 7 is located between the support member 2 and the heat dissipation member 3, the communication module 4 (board portion 5) and the support member 2 do not come into contact with each other and have a gap. Therefore, stress is less likely to occur between the support member 2 and the communication module 4 (board portion 5). As a result, the communication module 4 (board portion 5) is not easily destroyed by the support member 2.
  • the heat radiating member 3 is not limited to this, and the heat radiating member 3 has the inside of the recess 4a. It suffices if it is located so as to fill it.
  • the heat sink 7 may be located inside the recess 4a of the communication module 4.
  • a part of the heat sink 7 is positioned so as to be fitted in the recess 4a of the communication module 4.
  • the heat sink 7 comes into contact with the substrate portion 5 of the communication module 4 in addition to the heat radiating member 3. Therefore, the heat dissipation of the antenna device 1 can be further improved.
  • the heat sink 7 can be made of the same material as the support member 2, for example. Further, the heat sink 7 and the support member 2 may be integrated members. This makes it possible to further improve the heat dissipation of the antenna device 1.
  • the heat sink 7 may be made of a material different from that of the support member 2.
  • the heat sink 7 can be solid in order to improve heat dissipation. Further, the heat sink 7 may be hollow in consideration of weight reduction of the antenna device 1 and the array antenna 10.
  • 3A and 3B are cross-sectional views showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the fifth and sixth modifications of the first embodiment.
  • the antenna device 1 according to the fifth modification has the resin layer 8 located between the element unit 6 of the communication module 4 and the heat radiating member 3, and the antenna device 1 shown in FIG. 1B. It's different.
  • the resin layer 8 may be, for example, a sealing resin that seals the antenna portion and the circuit portion of the element unit 6.
  • the resin layer 8 may have a smaller elastic modulus than, for example, the heat radiating member 3.
  • the elastic modulus of the resin layer 8 is smaller than that of the heat radiating member 3, for example, even when stress is generated between the communication module 4 (element unit 6) and the heat radiating member 3, the generated stress is relaxed. Can be done. As a result, the communication module 4 (element unit 6) is less likely to be destroyed by the heat radiating member 3.
  • the resin layer 8 may be, for example, an epoxy resin or other thermosetting resin or a photocurable resin. Further, the resin layer 8 may have a thermal conductivity of, for example, about 0.6 W / mK. Further, the thickness of the resin layer 8 can be, for example, about 1 mm.
  • the antenna device 1 according to the sixth modification is shown in FIG. 3A in that the resin layer 8 is in contact with not only the end surface 6a of the element unit 6 facing the heat radiating member 3 but also the side surface 6b. It is different from the antenna device 1.
  • the resin layer 8 located between the element unit 6 of the communication module 4 and the heat radiating member 3 extends to the side surface 6b, so that the protection of the communication module 4 can be further strengthened.
  • a part of the resin layer 8 is in contact with the substrate portion 5, but the present invention is not limited to this, and for example, the resin layer 8 may be located away from the substrate portion 5. Further, the resin layer 8 may be located in the recess 4a of the communication module 4.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the seventh modification of the first embodiment.
  • the antenna device 1 according to the seventh modification is different from the antenna device 1 shown in FIG. 1B in that the fin member 9 is provided on the back surface of the support member 2 in which the communication module 4 is not located.
  • FIG. 4 shows a structure in which the entire surface of the fin member 9 overlaps the support member 2, but the fin member 9 may have a structure in which the fin member 9 protrudes from the support member 2 in the negative direction of the Z axis.
  • the heat generated in the communication module 4 is dissipated while being transferred to the fin member 9 via the heat radiating member 3 and the support member 2.
  • the fin member 9 is located in a direction intersecting the XY plane on which the heat dissipation member 3 and the support member 2 are located, and the fin member 9 dissipates heat transmitted from the communication module 4 in the thickness direction (Z-axis direction). can do.
  • the communication module 4 which is a heat source and the fin member 9 are adjacent to each other via the support member 2 and are thermally connected to each other. As a result, the heat generated in the communication module 4 can be efficiently discharged.
  • the fin member 9 may be made of the same material as the support member 2. Further, the fin member 9 may be made of a material having a higher thermal conductivity than the support member 2.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing an outline of an array antenna including the antenna device according to the second embodiment.
  • the array antenna 20 includes a plurality of antenna devices 11.
  • the arrangement of the plurality of antenna devices 11 in the array antenna 20 can be the same as the arrangement of the plurality of antenna devices 1 in the array antenna 10. Therefore, detailed description of the arrangement of the antenna device 11 will be omitted.
  • FIG. 5B is a sectional view taken along line II-II of FIG. 5A.
  • the antenna device 11 includes a support member 12, a communication module 14, and a heat dissipation member 13.
  • the support member 12 can be made of the same material and configuration as the support member 2 of the antenna device 1. Therefore, detailed description of the support member 12 will be omitted.
  • the communication module 14 is located on the support member 12.
  • the communication module 14 has a circuit unit 17, a substrate unit 15, and an element unit 16 in this order from the support member 12 side.
  • the circuit unit 17 is located between the heat radiating member 13 and the substrate unit 15. A part of the circuit portion 17 projects from the substrate portion 15 toward the support member 12.
  • the circuit unit 17 is an example of a case where the convex portion 17a is formed.
  • a part is a portion including a surface parallel to the laminated surface of the support member 12 and the heat radiation member 13.
  • the circuit unit 17 is located away from the support member 12.
  • a heat radiating member 13 is located around the circuit portion 17 which is a convex portion, and the communication module 14 is fixed on the support member 12.
  • the circuit unit 17 is, for example, an integrated circuit.
  • the circuit unit 17 may include, for example, an RFIC or the like.
  • the circuit unit 17 is electrically connected to the substrate unit 15 via a feeder line.
  • the RFIC may be, for example, HEMT or HBT.
  • the board portion 15 is, for example, a wiring board.
  • the substrate portion 15 may be, for example, a multilayer wiring board which is located along the XY plane and in which each layer having an organic resin as an insulating layer is laminated in the Z-axis direction. Further, the substrate portion 15 may have, for example, copper as a conductor material, such as copper foil or copper plating.
  • the element unit 16 is mounted on one surface of the substrate unit 15, and the circuit unit 17 is mounted on the other surface.
  • the element unit 16 has an insulating substrate, a patch, and a feeding line.
  • the insulating substrate may be, for example, a dielectric substrate containing a dielectric material.
  • the patch is a conductor film made of a conductive material such as copper.
  • the feeder electrically connects the element portion 16 and the substrate portion 15. In this case, the element unit 16 is arranged on the substrate unit 15.
  • the heat dissipation member 13 is located on the support member 12.
  • the heat radiating member 13 is fixed to the support member 12.
  • the heat radiating member 13 is located between the support member 12 and the communication module 14.
  • the heat radiating member 13 receives the heat generated by the communication module 14 and dissipates heat from the heat radiating member 13 itself and the support member 12.
  • a part of the circuit portion 17 may be embedded in the recessed portions 13a and 15a provided in the heat radiating member 13 and the substrate portion 15, respectively.
  • the heat radiating member 13 can be made of the same material and configuration as the heat radiating member 3 of the antenna device 1. Therefore, detailed description of the heat dissipation member 13 will be omitted.
  • the communication module 14 in which a part of the circuit unit 17 is embedded in the substrate unit 15 is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the circuit unit 17 may be located on the substrate unit 15 or may be positioned so as to be in contact with the substrate unit 15.
  • the communication module 14 in which the element unit 16 is located on the substrate unit 15 or is arranged so as to be in contact with the substrate portion 15 is shown, but the present invention is not limited to this.
  • a part of the element portion 16 may be located inside the substrate portion 15 or may be positioned so as to be separated from the substrate portion 15.
  • the inside of the substrate portion 15 is the bottom or a portion near the bottom of the recessed portion 15a provided in the substrate portion 15.
  • the volume of the portion of the circuit portion 17 embedded in the heat radiating member 13 should be larger than the volume of the portion embedded in the substrate portion 15. It is possible to improve the heat dissipation from the circuit unit 17 when the circuit unit 17 is embedded deeper on the heat dissipation member 13 side than on the substrate unit 15 side. This also applies to the structures shown in FIGS. 8C and 8D described later.
  • FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views showing an outline of an antenna device included in the array antenna according to the first to fourth modifications of the second embodiment.
  • the antenna device 11 according to the first modification is the antenna device 11 shown in FIG. 5B in that the side surface of the circuit portion 17 as the convex portion of the communication module 14 is covered with the heat dissipation member 13. It's different.
  • the circuit portion 17 may be arranged so as to fill the recessed portions 13a and 15a formed by overlapping the heat radiating member 13 and the substrate portion 15. At this time, the heat radiating member 13 and the substrate portion 15 may be in contact with each other except for the circuit portion 17.
  • the heat radiating member 13 is located around the support member 12 side of the circuit unit 17. Further, the substrate portion 15 is located around the element portion 16 side of the circuit portion 17. For this reason, the circuit unit 17 is not exposed to the outside.
  • the heat radiating member 3 By covering a part of the side surface of the convex portion 17a with the heat radiating member 3 in this way, for example, the contact area between the communication module 4 and the heat radiating member 3 increases. Therefore, the heat dissipation of the antenna device 1 can be further improved.
  • a resin layer 18 may be provided between the heat radiating member 13 and the circuit unit 17.
  • the resin layer 18 is positioned so as to be in contact with the end surface 17c of the circuit portion 17 as a convex portion of the communication module 14 facing the support member 12.
  • the antenna device 11 according to the second modification has the antenna shown in FIG. 6A in that it has a resin layer 18 located between the end surface 17c of the circuit portion 17 of the communication module 14 and the heat radiating member 13. It is different from the device 11.
  • the resin layer 18 may be, for example, a sealing resin that seals the end face 17c of the circuit portion 17.
  • the material of the resin layer 18 can be the same material as the resin layer 8 of the antenna device 1. Therefore, detailed description of the resin layer 18 will be omitted.
  • the antenna device 11 according to the third modification is shown in FIG. 6B in that the resin layer 18 is in contact with not only the end surface 17c of the circuit portion 17 facing the support member 12 but also the side surface 17b. It is different from the antenna device 11.
  • the resin layer 18 located between the end surface 17c of the communication module 14 and the heat radiating member 3 extends to the side surface 6b, so that the protection of the communication module 14, particularly the circuit portion 17, can be further strengthened. ..
  • the resin layer 18 is surrounded by a heat radiating member 13, but the present invention is not limited to this, and for example, a part of the resin layer 18 may be exposed to the outside. Further, the resin layer 18 may come into contact with the substrate portion 15.
  • the antenna device 11 according to the fourth modification has the fin member 19 on the back surface of the support member 12 where the communication module 14 is not located via the heat dissipation member 13, and the antenna device 11 is shown in FIG. 5B. Is different from.
  • the fin member 19 may be made of the same material as the support member 12. Further, the fin member 19 may be made of a material having a higher thermal conductivity than the support member 12.
  • the fin member 19 can be made of the same material and configuration as the fin member 9 (see FIG. 4) included in the antenna device 1. Therefore, detailed description of the fin member 19 will be omitted.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view showing an example of the surface shape of the support member.
  • the support member 2 may have a plurality of protrusions 2a facing the heat dissipation member 3.
  • the protrusion 21 is located on the surface of the protrusion 2a.
  • the protruding surface 21 is located on the Z-axis positive direction side, that is, closer to the communication module 4 (see, for example, FIG. 1B) than the outer surface 22 of the support member 2 having no protruding portion 2a. Since the support member 2 has the protrusion 2a, the surface area of the support member 2 is increased as compared with the case where the support member 2 does not have the protrusion 2a. Therefore, the heat dissipation of the antenna device 1 can be improved.
  • the protrusions 2a may be regularly positioned at regular intervals or may be irregularly positioned.
  • the heat radiating member 3 is in contact with the outer surface 22.
  • the heat radiating member 3 may be provided so as to be in contact with only the region excluding the protruding surface 21 (that is, the outer surface 22). Further, the heat radiating member 3 may be located on the surface of the protruding surface 21 so that the entire surface of the support member 2 including the protruding surface 21 and the outer surface 22 is in contact with the heat radiating member 3.
  • the heat radiating member 3 located on the surface of the protruding surface 21 can have a smaller thickness along the Z-axis direction than the heat radiating member 3 located on the outer surface 22, and the heat radiating property of the antenna device 1 is further improved. ..
  • the adhesion between the communication module 4 and the support member 2 via the heat radiating member 3 becomes stronger. Further, by locating the heat radiating member 3 so as to be in contact with the protruding surface 21 and the outer surface 22, high heat radiating property can be obtained in the path from the communication module 4 to the support member 2.
  • the support member 2 having the projecting surfaces 21 and the outer surface 22 alternately located along the X-axis direction is shown.
  • the protruding surface 21 and the outer surface 22 may be positioned along the Y-axis direction, or may be alternately positioned along the XY plane.
  • the width of the protruding surface 21 along the X axis is smaller than the width of the outer surface 22.
  • the width of the protruding surface 21 may be larger than the width of the outer surface 22, and the widths of the protruding surface 21 and the outer surface 22 may be the same.
  • the total area of the protruding surface 21 should be larger than the total area of the outer surface 22.
  • the heat dissipation property via the heat radiating member 3 can be improved.
  • the area of the protruding surface 21 in a plan view may be the same or different.
  • the areas of the outer surfaces 22 in a plan view may be the same or different.
  • the number of outer surfaces 22 may be one.
  • the protruding surface 21 shown in FIG. 7A is located along the XY plane. However, the protruding surface 21 may be inclined with respect to the XY plane.
  • the plurality of protruding surfaces 21 may have the same height in the Z-axis direction. However, the plurality of protruding surfaces 21 may have different heights in the Z-axis direction. For example, the protruding surface 21 may be positioned closer to the negative direction of the Z axis to improve the adhesiveness between the heat radiating member 3 and the support member 2. Further, the protruding surface 21 may be positioned closer to the positive direction of the Z axis to improve the heat dissipation of the communication module 4 via the heat dissipation member 3.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing another example of the surface shape of the support member.
  • the protruding surface 21 of the protruding portion 2a may be a curved surface.
  • the ratio of the heat radiating member 3 located on the protruding surface 21 can be increased. Therefore, the heat dissipation of the antenna device 1 can be improved.
  • the support member 2 shown in FIGS. 7A and 7B has a protruding portion 2a protruding from the outer surface 22.
  • the support member 2 may have an immersive portion that immerses from the outer surface 22.
  • FIGS. 7A and 7B the support member 2 included in the antenna device 1 has been described, but the support member 2 may be provided in place of the support member 12 included in the antenna device 11.
  • FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views showing an outline of the antenna device according to the embodiment.
  • the antenna devices 1A, 1B, 11A, and 11B shown in FIGS. 8A to 8D were manufactured, and the heat dissipation was compared.
  • the antenna device 1A shown in FIG. 8A includes a support member 2, a heat dissipation member 3, a communication module 4, and a heat sink 7.
  • the communication module 4 is located on the support member 2.
  • the communication module 4 has a substrate portion 5, an element unit 6, and a resin layer 8.
  • the resin layer 8 is located between the substrate portion 5 and the element unit 6.
  • the board portion 5 is located on the support member 2.
  • the substrate portion 5 is located so as to surround the element unit 6 in a plan view.
  • the inside of the recess 4a of the communication module 4, which is a space surrounded by the substrate portion 5 and the element unit 6, is filled with the heat radiating member 3.
  • the heat sink 7 is integrated and located on the support member 2 by the same member as the support member 2.
  • the communication module 4 is fixed to the heat sink 7 on the support member 2 via the heat radiating member 3 that fills the inside of the recess 4a.
  • the antenna device 1B shown in FIG. 8B is different from the heat sink 7 included in the antenna device 1A shown in FIG. 8A in that a part of the heat sink 7 is located so as to be fitted in the recess 4a of the communication module 4. Further, in the antenna device 1B, the heat radiating member 3b is located between the substrate portion 5 and the support member 2. The heat radiating member 3b is made of the same material as the heat radiating member 3. As described above, in the antenna device 1B, the heat generated by the communication module 4 is transferred to the substrate portion 5 and the heat radiating member 3b as compared with the antenna device 1A by joining the substrate portion 5 and the support member 2 to the heat radiating member 3b. There is a path to dissipate heat through it.
  • the antenna device 11A shown in FIG. 8C includes a support member 12, a heat dissipation member 13, and a communication module 14.
  • the communication module 14 is located on the support member 12.
  • the communication module 14 has a resin layer 18, a circuit unit 17, a substrate unit 15, and an element unit 16 in this order from the support member 12 side.
  • the resin layer 18 is located at the end of the circuit portion 17 facing the support member 12.
  • the circuit portion 17 is located between the resin layer 18 and the substrate portion 15. One end of the circuit portion 17 projects from the substrate portion 15 toward the support member 12.
  • the circuit portion 17 and the resin layer 18 are examples of the convex portions.
  • the resin layer 18 is located away from the support member 12.
  • a heat radiating member 13 is located around the circuit portion 17 and the resin layer 18 which are convex portions, and the communication module 14 is fixed on the support member 12.
  • the antenna device 11B shown in FIG. 8D differs from the antenna device 11A shown in FIG. 8C in that the circuit portion 17 as the convex portion of the communication module 14 and the side surface of the resin layer 18 are covered with the heat radiating member 13.
  • the heat radiating member 13 is located around the circuit portion 17 and the resin layer 18 from the substrate portion 15 to the support member 12, the circuit portion 17 and the resin layer 18 are not exposed to the outside.
  • the side surface of the convex portion is covered with the heat radiating member 3, so that the contact area between the communication module 4 and the heat radiating member 3 is increased as compared with the antenna device 11A.
  • FIG. 9 is a diagram comparing the heat dissipation properties of the antenna devices shown in FIGS. 8A to 8D.
  • the “direct temperature” is the communication module 4 and 14 among the support members 2 and 12 that overlap with the center of the element unit 6 of the antenna devices 1A and 1B and the element portions 16 of the antenna devices 11A and 11B in a plan view. It is the surface temperature of the surface located on the opposite side of the mounting surface. Further, the "maximum temperature” and the “minimum temperature” are the temperatures at which the surface temperatures are the highest and the lowest among the antenna devices 1A, 1B, 11A, and 11B shown in FIGS. 8A to 8D, respectively.
  • FIG. 9 shows the results of measurements under the same energization conditions for the antenna devices 1A, 1B, 11A, and 11B.
  • all of the antenna devices 1A, 1B, 11A, and 11B have a direct temperature of 100 ° C. or lower and have heat dissipation properties suitable for the intended use.
  • the antenna devices 1B and 11B having a larger contact area between the communication modules 4 and 14 and the heat radiating members 3 (and 3b) and 13 than the antenna devices 1A and 11A have higher heat dissipation than the antenna devices 1A and 11A. Has sex.

Abstract

アンテナ装置は、支持部材と、通信モジュールと、放熱部材とを備える。通信モジュールは、支持部材の上に位置し、支持部材と向かい合う凹部または凸部を有する。放熱部材は、凹部の内部または凸部の周囲に位置し、通信モジュールと支持部材とを接合する。

Description

アンテナ装置およびアレイアンテナ
　開示の実施形態は、アンテナ装置およびアレイアンテナに関する。
　従来、複数のアンテナ装置を配列したアレイアンテナが知られている。かかるアレイアンテナでは、放熱シートや放熱板を用いることにより、アンテナ装置の放熱性を高める対策が検討されている。
再表２０１８／１６８３９１号公報
　実施形態の一態様に係るアンテナ装置は、支持部材と、通信モジュールと、放熱部材とを備える。通信モジュールは、支持部材の上に位置し、前記支持部材と向かい合う凹部または凸部を有する。放熱部材は、前記凹部の内部または前記凸部の周囲に位置し、前記通信モジュールと前記支持部材とを接合する。
　実施形態の一態様に係るアレイアンテナは、支持部材と、複数の通信モジュールと、放熱部材とを備える。通信モジュールは、前記支持部材の上に位置し、前記支持部材と向かい合う凹部または凸部を有する。放熱部材は、前記凹部の内部または前記凸部の周囲にそれぞれ位置し、前記通信モジュールのそれぞれと前記支持部材とをそれぞれ接合する。
図１Ａは、第１の実施形態に係るアレイアンテナの概略を示す平面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩ－Ｉ断面図である。 図２Ａは、第１の実施形態の第１変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図２Ｂは、第１の実施形態の第２変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図２Ｃは、第１の実施形態の第３変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図２Ｄは、第１の実施形態の第４変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図３Ａは、第１の実施形態の第５変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図３Ｂは、第１の実施形態の第６変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図４は、第１の実施形態の第７変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図５Ａは、第２の実施形態に係るアレイアンテナの概略を示す平面図である。 図５Ｂは、図５ＡのＩＩ－ＩＩ断面図である。 図６Ａは、第２の実施形態の第１変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図６Ｂは、第２の実施形態の第２変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図６Ｃは、第２の実施形態の第３変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図６Ｄは、第２の実施形態の第４変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図７Ａは、支持部材の表面形状の一例を示す断面図である。 図７Ｂは、支持部材の表面形状の別の例を示す断面図である。 図８Ａは、実施例に係るアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図８Ｂは、実施例に係るアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図８Ｃは、実施例に係るアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図８Ｄは、実施例に係るアンテナ装置の概略を示す断面図である。 図９は、図８Ａ～図８Ｄに示すアンテナ装置の放熱性を比較する図である。
　以下、本願の開示するアンテナ装置およびアレイアンテナの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。
［第１の実施形態］
　まず、第１の実施形態に係るアンテナ装置およびアレイアンテナの構成について、図１Ａ、図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、第１の実施形態に係るアンテナ装置を備えるアレイアンテナの概略を示す断面図である。
　図１Ａに示すように、アレイアンテナ１０は、複数のアンテナ装置１を備える。なお、説明を分かりやすくするために、図１Ａには、アンテナ装置１の配列方向をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とし、ＸＹ平面に交差する方向をＺ軸とする３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示している。また、以下の説明では、便宜的に、Ｚ軸正方向側を「上」と呼称する場合がある。また、図１Ａに示すアレイアンテナ１０と同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
　複数のアンテナ装置１は、Ｘ軸およびＸ軸に交差するＹ軸に沿った矩形格子状に所定の間隔で並んで位置している。ただし、複数のアンテナ装置１は、矩形格子状に限らず、例えば、斜方格子状、三角格子状、または六角格子状など、任意の方向に並んでよい。また、複数のアンテナ装置１は、不規則に並んでもよい。
　図１Ｂは、図１ＡのＩ－Ｉ断面図である。図１Ｂに示すように、アンテナ装置１は、支持部材２と、通信モジュール４と、放熱部材３とを有する。
　支持部材２は、例えば、ＸＹ平面に沿って延びる板状の部材である。支持部材２は、例えば、アンテナ装置１を収容する筐体であってもよい。
　支持部材２は、例えば、アルミニウム合金その他の金属製の部材であってもよい。また、支持部材２は、例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂といった樹脂製の部材であってもよい。支持部材２は、例えば、機械的強度、耐熱性、熱伝導性の観点から、金属製の部材とすることができる。また、支持部材２は、例えば、周囲の温度への感度を低くするという点から、外側を金属、内側を有機樹脂とすることができる。
　支持部材２は、単層構造であってもよく、例えば、金属板と有機樹脂膜（有機樹脂板）とが積層された構造であってもよい。
　支持部材２は、一定以上の表面粗さを有していてもよい。支持部材２が一定以上の表面粗さを有している形状であると、その荒れた表面で比表面積が大きくなる。このため、支持部材２は、放熱部材３との間の接着性が高まると同時に、放熱性も高められる。
　通信モジュール４は、支持部材２および放熱部材３の上に位置している。通信モジュール４は、支持部材２と向かい合う凹部４ａを有している。凹部４ａの内部には、放熱部材３が位置しており、支持部材２上に通信モジュール４を固定している。
　通信モジュール４は、基板部５と素子ユニット６とを有する。基板部５は、支持部材２の上に位置している。基板部５は、平面視で素子ユニット６を囲むように位置している。通信モジュール４の凹部４ａは、周囲を基板部５および素子ユニット６で囲まれた空間である。
　基板部５は、例えば、配線基板である。基板部５は、例えば、ＸＹ平面に沿うように位置し、有機樹脂を絶縁層とする各層がＺ軸方向に積層された多層配線基板であってもよい。また、基板部５は、導体の材料として、例えば、銅を、銅箔または銅めっき等として有してもよい。
　素子ユニット６は、アンテナ部と回路部とを含む。アンテナ部および回路部は、例えば、筐体（不図示）内に搭載され、素子ユニット６として一体化されている。
　アンテナ部は、絶縁基板と、パッチと、給電線とを有する。絶縁基板は、例えば、誘電体材料を含む誘電体基板であってよい。パッチは、例えば、銅などの導電材料を材料とする導体膜である。給電線は、アンテナ部のパッチと回路部とを電気的に接続する。また、給電線は、素子ユニット６と基板部５とを電気的に接続してもよい。
　回路部は、例えば、集積回路である。回路部は、例えば、ＲＦＩＣ（Radio　Frequency　Integrated　Circuit）などを含んでよい。回路部は、給電線を介してアンテナ部および／または基板部５と電気的に接続されている。ＲＦＩＣは、例えば、ＨＥＭＴ（High　Electron　Mobility　Transistor）またはＨＢＴ（Heterojunction　Bipolar　Transistor）であってもよい。
　なお、図１Ｂに示した通信モジュール４では、素子ユニット６は基板部５の上に位置していないが、これに限らない。通信モジュール４は、基板部５および素子ユニット６の一部が、平面視で重なるように位置してもよい。これにより、例えば、基板部５と素子ユニット６との接続が容易になる。
　放熱部材３は、支持部材２の上に位置している。放熱部材３は、支持部材２に固定されている。放熱部材３は、支持部材２と通信モジュール４との間に位置している。具体的には、放熱部材３は、凹部４ａの内部に位置しており、支持部材２と通信モジュール４とを固定している。放熱部材３は、通信モジュール４で発生した熱を受け取り、放熱部材３自身、および支持部材２から放熱させる。
　放熱部材３は、例えば、ＴＩＭ（Thermal　Interface　Material）である。放熱部材３は、例えば、炭素を含む。放熱部材３が炭素を含むと、炭素を含まない場合と比較して熱伝導性を高くすることができる。また、放熱部材３は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの有機樹脂を含んでもよい。
　また、放熱部材３は、表面が接着性の機能を有する素材であってもよい。放熱部材３の表面が接着性を有すると、例えば接着材その他の別部材を介さずに支持部材２と通信モジュール４とを接合することができる。
　また、放熱部材３は、変形しやすい素材であってもよい。放熱部材３が変形しやすいと、例えば、通信モジュール４の凹部４ａに放熱部材３が入りこみやすい。このように、放熱部材３は、例えば通信モジュール４が有する段差など、放熱部材３に面した通信モジュール４の形状に応じて容易に変形することができると、通信モジュール４との接触面積が増加しやすくなる。このため、通信モジュール４の放熱性が向上しやすくなる。
　放熱部材３は、例えば、室温（２５℃）～１２５℃までの温度範囲（以下、動作温度範囲という）において、硬度が０以上７０以下の材料を用いてもよい。ここで、放熱部材３の硬度は、例えば、ＪＩＳ　Ｋ　６２５３に準拠したデュロメータ（タイプＥ）を用いて測定できる。
　また、放熱部材３は、例えば、動作温度範囲において、弾性率が０．１ＭＰａ以上５０ＧＰａ以下の材料を用いてもよい。ここで、放熱部材３の弾性率は、例えば、音速測定装置（パルスエコーオーバーラップ法）を用いて測定できる。
　また、放熱部材３は、例えば、ガラス転移温度が１００℃～１３０℃であってもよい。放熱部材３が、上記した範囲のガラス転移温度を有すると、例えば、放熱部材３が一旦加熱されて凹部４ａに固定された後、室温付近まで冷却させると、放熱部材３は変形しにくくなる。このため、例えば、放熱部材３を介した通信モジュール４と支持部材２との接合を安定させることが可能になる。
　また、放熱部材３は、層状の構造を有してもよい。放熱部材３が層状とは、例えば、弾性率の異なる有機樹脂の膜が、厚み方向（Ｚ軸方向）に積層されたものであってもよい。例えば、通信モジュール４や支持部材２に面する表面が接着性に富み、内部が高強度の放熱部材３を用いると、例えば、放熱部材３の剥離や破損が生じにくく、高強度のアンテナ装置１を得ることができる。この場合、放熱部材３は、表面の素材と内部の素材とが異なる成分を有していてもよい。部位ごとに特性の異なる素材を組み合わせて用いると、例えば、放熱部材３の薄型化を図りやすい。
［第１の実施形態の変形例］
　次に、図２Ａ～図４を用いて、アンテナ装置１の変形例について説明する。図２Ａ～図２Ｄは、第１の実施形態の第１～第４変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。
　図２Ａに示すように、第１変形例に係るアンテナ装置１は、通信モジュール４の凹部４ａの内部が、放熱部材３で満たされている点で図１Ｂに示すアンテナ装置１と相違する。このように、凹部４ａの内部が放熱部材３で満たされることにより、例えば、通信モジュール４と放熱部材３との接触面積が増大する。このため、アンテナ装置１の放熱性をさらに高めることができる。この場合、通信モジュール４と放熱部材３とは、接着材などを介さずに接しているのがよい。
　また、図２Ｂ～図２Ｄに示すように、支持部材２と放熱部材３との間にヒートシンク７を備えてもよい。ヒートシンク７は、通信モジュール４と向かい合う支持部材２上に突出するように位置している。ヒートシンク７は、放熱体の一例である。
　図２Ｂに示すように、第２変形例に係るアンテナ装置１では、ヒートシンク７（放熱体）は、アンテナ装置１を平面透視したときに、放熱部材３と重なる部分を有する。ヒートシンク７（放熱体）は、通信モジュール４の凹部４ａの内部を満たす放熱部材３と、凹部４ａの外側で接触している。つまり、この場合、図２Ｂに示すように、放熱部材３の厚みが基板部５の厚みよりも大きくなっている。放熱部材３の厚みが基板部５の厚みよりも大きいと、通信モジュール４で発生した熱は、放熱部材３からその外部へ伝達されやすくなり、放熱性をより高めることができる。通信モジュール４で発生した熱は、放熱部材３からヒートシンク７に伝達されやすくなる。また、支持部材２と放熱部材３との間にヒートシンク７が位置することにより、通信モジュール４（基板部５）と支持部材２とは互いに接触せず、隙間を有している。このため、支持部材２と通信モジュール４（基板部５）の間に応力が発生しにくくなる。これにより、支持部材２により通信モジュール４（基板部５）が破壊されにくい構造となる。なお、図２Ｂでは、放熱部材３が、凹部４ａの内部から支持部材２側に突出するように位置している例について図示したが、これに限らず、放熱部材３は、凹部４ａの内部を埋めるように位置していればよい。
　また、図２Ｃ、図２Ｄに示すように、通信モジュール４の凹部４ａの内部にヒートシンク７が位置してもよい。図２Ｃに示すように、第３変形例に係るアンテナ装置１では、ヒートシンク７の一部が、通信モジュール４の凹部４ａに嵌まるように位置している。これにより、ヒートシンク７は、放熱部材３のほか、通信モジュール４の基板部５にも接触することとなる。このため、アンテナ装置１の放熱性をさらに高めることができる。
　一方、図２Ｄに示すように、第４変形例に係るアンテナ装置１では、ヒートシンク７の一部が、通信モジュール４の凹部４ａを満たす放熱部材３で覆われている。これにより、放熱部材３の端部３ａと、ヒートシンク７との接触面積が増大する。このため、アンテナ装置１の放熱性をさらに高めることができる。この場合も、ヒートシンク７と放熱部材３とは、接着材などを介さずに接しているのがよい。
　図２Ａ～図２Ｄに示すアンテナ装置１において、ヒートシンク７は、例えば、支持部材２と同じ材質とすることができる。また、ヒートシンク７と支持部材２とは、一体化された部材であってもよい。これにより、アンテナ装置１の放熱性をさらに高めることができる。なお、ヒートシンク７は、支持部材２とは異なる材質であってもよい。
　ヒートシンク７は、放熱性を高めるために中実とすることができる。また、ヒートシンク７は、アンテナ装置１およびアレイアンテナ１０の軽量化を考慮して中空としてもよい。
　図３Ａ、図３Ｂは、第１の実施形態の第５、第６変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。
　図３Ａに示すように、第５変形例に係るアンテナ装置１は、通信モジュール４の素子ユニット６と放熱部材３との間に位置する樹脂層８を有する点で図１Ｂに示すアンテナ装置１と相違する。
　樹脂層８は、例えば、素子ユニット６のアンテナ部および回路部を封止する封止樹脂であってもよい。樹脂層８は、例えば、放熱部材３よりも弾性率が小さくてもよい。樹脂層８の弾性率が放熱部材３よりも小さいと、例えば、通信モジュール４（素子ユニット６）と放熱部材３との間で応力が発生した場合であっても、発生した応力を緩和させることができる。これにより、通信モジュール４（素子ユニット６）が放熱部材３によって破壊されにくくなる。
　樹脂層８は、例えば、エポキシ樹脂その他の熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂であってもよい。また、樹脂層８は、例えば、０．６Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を有してもよい。また、樹脂層８の厚みは、例えば、１ｍｍ程度とすることができる。
　図３Ｂに示すように、第６変形例に係るアンテナ装置１は、放熱部材３と向かい合う素子ユニット６の端面６ａばかりでなく、側面６ｂにまで樹脂層８が接している点で図３Ａに示すアンテナ装置１と相違する。このように、通信モジュール４の素子ユニット６と放熱部材３との間に位置する樹脂層８が側面６ｂに及んでいることにより、通信モジュール４の保護をより強化することができる。なお、図３Ｂでは、樹脂層８の一部は基板部５に接しているが、これに限らず、例えば、樹脂層８は、基板部５から離れて位置してもよい。また、樹脂層８は、通信モジュール４の凹部４ａに位置してもよい。
　図４は、第１の実施形態の第７変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。
　図４に示すように、第７変形例に係るアンテナ装置１は、通信モジュール４が位置しない支持部材２の裏面にフィン部材９を有する点で図１Ｂに示すアンテナ装置１と相違する。
　図４では、フィン部材９は、その全面が支持部材２に重なる構造を示しているが、フィン部材９は支持部材２からＺ軸負方向側に突出している構造であってもよい。通信モジュール４で発生した熱は、放熱部材３および支持部材２を介してフィン部材９に伝達される間に放熱される。フィン部材９は、放熱部材３および支持部材２が位置するＸＹ平面に交差する方向に位置しており、フィン部材９は、通信モジュール４から伝達された熱を厚み方向（Ｚ軸方向）に放熱することができる。また、熱源である通信モジュール４とフィン部材９とが、支持部材２を介して隣り合うとともに、熱的に接続されている。これにより、通信モジュール４で発生した熱を効率的に排出することができる。
　フィン部材９は、支持部材２と同じ材質であってもよい。また、フィン部材９は、支持部材２よりも熱伝導率が高い材質であってもよい。
［第２の実施形態］
　図５Ａは、第２の実施形態に係るアンテナ装置を備えるアレイアンテナの概略を示す断面図である。図５Ａに示すように、アレイアンテナ２０は、複数のアンテナ装置１１を備える。アレイアンテナ２０における複数のアンテナ装置１１の配列は、アレイアンテナ１０における複数のアンテナ装置１の配列と同様とすることができる。このため、アンテナ装置１１の配列に関する詳細な説明は省略する。
　図５Ｂは、図５ＡのＩＩ－ＩＩ断面図である。図５Ｂに示すように、アンテナ装置１１は、支持部材１２と、通信モジュール１４と、放熱部材１３とを有する。
　支持部材１２は、アンテナ装置１が有する支持部材２と同様の材料および構成とすることができる。このため、支持部材１２に関する詳細な説明は省略する。
　通信モジュール１４は、支持部材１２の上に位置している。通信モジュール１４は、支持部材１２側から順に、回路部１７と、基板部１５と、素子部１６とを有する。
　回路部１７は、放熱部材１３と基板部１５との間に位置している。回路部１７は、その一部が基板部１５から支持部材１２側に突出している。この場合、回路部１７が、凸部の１７ａとなる場合の一例である。ここで、一部とは、支持部材１２と放熱部材１３との積層面に平行な面を含む部位のことである。
　図５Ｂに示す例では、回路部１７は、支持部材１２から離れて位置している。凸部である回路部１７の周囲には、放熱部材１３が位置しており、支持部材１２上に通信モジュール１４を固定している。
　回路部１７は、例えば、集積回路である。回路部１７は、例えば、ＲＦＩＣなどを含んでよい。回路部１７は、給電線を介して基板部１５と電気的に接続されている。ＲＦＩＣは、例えば、ＨＥＭＴまたはＨＢＴであってもよい。
　基板部１５は、例えば、配線基板である。基板部１５は、例えば、ＸＹ平面に沿うように位置し、有機樹脂を絶縁層とする各層がＺ軸方向に積層された多層配線基板であってもよい。また、基板部１５は、導体の材料として、例えば、銅を、銅箔または銅めっき等として有してもよい。基板部１５の一方面には素子部１６が実装され、他方面には回路部１７が実装されている。
　素子部１６は、絶縁基板と、パッチと、給電線とを有する。絶縁基板は、例えば、誘電体材料を含む誘電体基板であってよい。パッチは、例えば、銅などの導電材料を材料とする導体膜である。給電線は、素子部１６と基板部１５とを電気的に接続する。この場合、素子部１６は、基板部１５上に配置されている。
　放熱部材１３は、支持部材１２の上に位置している。放熱部材１３は、支持部材１２に固定されている。放熱部材１３は、支持部材１２と通信モジュール１４との間に位置している。放熱部材１３は、通信モジュール１４で発生した熱を受け取り、放熱部材１３自身、および支持部材１２から放熱させる。この場合、図５Ｂに示すように、回路部１７は、その一部が、放熱部材１３および基板部１５にそれぞれ設けられた凹み部分１３ａ、１５ａに埋設された状態となっていてもよい。
　放熱部材１３は、アンテナ装置１が有する放熱部材３と同様の材料および構成とすることができる。このため、放熱部材１３に関する詳細な説明は省略する。
　なお、図５Ｂに示した例では、回路部１７の一部が基板部１５に埋設された形態の通信モジュール１４について図示したが、これに限らない。回路部１７は、基板部１５上に位置するか、または基板部１５に接するように位置してもよい。
　また、図５Ｂに示した例では、素子部１６が基板部１５上に位置するか、または基板部１５に接するように配置された通信モジュール１４について図示したが、これに限らない。素子部１６は、その一部が基板部１５の内部に位置してもよく、基板部１５から離れるように位置してもよい。ここで、基板部１５の内部とは、基板部１５に設けた凹み部分１５ａの底もしくは底に近い部分のことである。この場合、回路部１７が、放熱部材１３および基板部１５にそれぞれ埋設された状態となったときに、回路部１７の埋設された部分の体積は、基板部１５側よりも放熱部材１３側が大きい方がよい。言い換えると、回路部１７の放熱部材１３への埋設部分の体積は、基板部１５への埋設部分の体積よりも大きい方がよい。回路部１７が基板部１５側よりも放熱部材１３側に深く埋設されている方が回路部１７からの放熱性を高めることが可能になる。このことは、後述する図８Ｃおよび図８Ｄに示した構造においても同様である。
［第２の実施形態の変形例］
　次に、図６Ａ～図６Ｄを用いて、アンテナ装置１１の変形例について説明する。図６Ａ～図６Ｄは、第２の実施形態の第１～第４変形例に係るアレイアンテナが有するアンテナ装置の概略を示す断面図である。
　図６Ａに示すように、第１変形例に係るアンテナ装置１１は、通信モジュール１４の凸部としての回路部１７の側面が放熱部材１３で被覆されている点で図５Ｂに示すアンテナ装置１１と相違する。この場合、回路部１７は、図６Ａに示すように、放熱部材１３および基板部１５が重ねられて形成される凹み部分１３ａ、１５ａを埋めるように配置されてもよい。このとき、放熱部材１３と基板部１５とは、回路部１７を除いた部分が接する状態となっていてもよい。
　放熱部材１３は、回路部１７の支持部材１２側の周囲に位置している。また、回路部１７の素子部１６側の周囲には基板部１５が位置している。このことから、回路部１７は、外部に露出していない。このように、凸部１７ａの側面の一部が放熱部材３で被覆されることにより、例えば、通信モジュール４と放熱部材３との接触面積が増大する。このため、アンテナ装置１の放熱性をさらに高めることができる。
　また、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、放熱部材１３と回路部１７との間に樹脂層１８を備えてもよい。樹脂層１８は、支持部材１２と向かい合う通信モジュール１４の凸部としての回路部１７の端面１７ｃに接するように位置している。
　図６Ｂに示すように、第２変形例に係るアンテナ装置１１は、通信モジュール１４の回路部１７の端面１７ｃと放熱部材１３との間に位置する樹脂層１８を有する点で図６Ａに示すアンテナ装置１１と相違する。
　樹脂層１８は、例えば、回路部１７の端面１７ｃを封止する封止樹脂であってもよい。樹脂層１８の材料は、アンテナ装置１が有する樹脂層８と同様の材料とすることができる。このため、樹脂層１８に関する詳細な説明は省略する。
　図６Ｃに示すように、第３変形例に係るアンテナ装置１１は、支持部材１２と向かい合う回路部１７の端面１７ｃばかりでなく、側面１７ｂにまで樹脂層１８が接している点で図６Ｂに示すアンテナ装置１１と相違する。このように、通信モジュール１４の端面１７ｃと放熱部材３との間に位置する樹脂層１８が側面６ｂに及んでいることにより、通信モジュール１４、特に回路部１７の保護をより強化することができる。なお、図６Ｃでは、樹脂層１８は周囲を放熱部材１３に覆われているが、これに限らず、例えば、樹脂層１８の一部が外部に露出してもよい。また、樹脂層１８は、基板部１５に接触してもよい。
　図６Ｄに示すように、第４変形例に係るアンテナ装置１１は、放熱部材１３を介して通信モジュール１４が位置しない支持部材１２の裏面にフィン部材１９を有する点で図５Ｂに示すアンテナ装置１１と相違する。
　フィン部材１９は、支持部材１２と同じ材質であってもよい。また、フィン部材１９は、支持部材１２よりも熱伝導率が高い材質であってもよい。
　フィン部材１９は、アンテナ装置１が有するフィン部材９（図４参照）と同様の材料および構成とすることができる。このため、フィン部材１９に関する詳細な説明は省略する。
［その他の変形例］
　次に、図７Ａ、図７Ｂを用いて、アンテナ装置１が有する支持部材２の変形例について説明する。図７Ａは、支持部材の表面形状の一例を示す断面図である。
　図７Ａに示すように、支持部材２は、放熱部材３に面する複数の突出部２ａを有してもよい。突出部２ａの表面には、突出面２１が位置している。突出面２１は、突出部２ａを有さない支持部材２の外面２２よりもＺ軸正方向側、すなわち通信モジュール４（例えば、図１Ｂ参照）寄りに位置している。支持部材２は、突出部２ａを有することにより、突出部２ａを有さない場合と比較して表面積が増大する。このため、アンテナ装置１の放熱性を高めることができる。なお、突出部２ａは、一定の周期で規則的に位置してもよく、不規則に位置してもよい。
　外面２２には、放熱部材３が接触している。放熱部材３は、突出面２１を除く領域（すなわち、外面２２）のみに接するように設けてもよい。また、突出面２１および外面２２を含む支持部材２の表面全体が放熱部材３に接するよう、突出面２１の表面に放熱部材３が位置してもよい。突出面２１の表面に位置する放熱部材３は、外面２２に位置する放熱部材３と比較して、Ｚ軸方向に沿う厚みをより小さくすることができ、アンテナ装置１の放熱性がさらに向上する。
　また、突出面２１および外面２２の表面に放熱部材３が位置することにより、放熱部材３を介した通信モジュール４と支持部材２との接着がより強固となる。さらに、突出面２１および外面２２に接触するように放熱部材３が位置することにより、通信モジュール４から支持部材２に至る経路にて高い放熱性を得ることができる。
　図７Ａでは、Ｘ軸方向に沿うように交互に位置する突出面２１および外面２２を有する支持部材２について図示した。かかる突出面２１および外面２２は、Ｙ軸方向に沿うように位置してもよく、ＸＹ平面に沿うように交互に位置してもよい。
　また、図７Ａに示す支持部材２は、Ｘ軸に沿う突出面２１の幅が外面２２の幅よりも小さい。しかしながら、支持部材２は、突出面２１の幅が外面２２の幅よりも大きくてもよく、突出面２１および外面２２の幅がそれぞれ同じであってもよい。
　また、支持部材２を平面視したとき、突出面２１の面積の総和は、外面２２の面積の総和よりも大きい方がよい。突出面２１の面積の総和が外面２２の面積の総和よりも大きいと、例えば、放熱部材３を介した放熱性を高めることができる。
　また、平面視した突出面２１の面積はそれぞれ、同じであってもよく、異なってもよい。同様に、平面視した外面２２の面積はそれぞれ、同じであってもよく、異なってもよい。また、外面２２は、１つであってもよい。
　また、図７Ａに示す突出面２１は、ＸＹ平面に沿うように位置している。しかしながら、突出面２１は、ＸＹ平面に対して傾斜していてもよい。
　また、複数の突出面２１は、Ｚ軸方向の高さがそれぞれ同じであってもよい。しかしながら、複数の突出面２１は、Ｚ軸方向の高さがそれぞれ異なってもよい。例えば、突出面２１をＺ軸負方向寄りに位置させて放熱部材３と支持部材２との接着性を高めてもよい。また、突出面２１をＺ軸正方向寄りに位置させて放熱部材３を介した通信モジュール４の放熱性を高めてもよい。
　また、突出面２１および外面２２は、平坦でなくてもよい。図７Ｂは、支持部材の表面形状の別の例を示す断面図である。
　図７Ｂに示すように、突出部２ａの突出面２１は湾曲面であってもよい。突出面２１を湾曲面とすることにより、突出面２１の上に位置する放熱部材３の割合を増やすことができる。このため、アンテナ装置１の放熱性を高めることができる。
　なお、図７Ａ、図７Ｂに示した支持部材２は、外面２２から突出する突出部２ａを有している。しかしながら、支持部材２は、外面２２から没入する没入部を有してもよい。
　また、図７Ａ、図７Ｂでは、アンテナ装置１が有する支持部材２として説明したが、かかる支持部材２を、アンテナ装置１１が有する支持部材１２に代えて設けてもよい。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
　図８Ａ～図８Ｄは、実施例に係るアンテナ装置の概略を示す断面図である。図８Ａ～図８Ｄに示すアンテナ装置１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ作製し、放熱性を比較した。
（アンテナ装置１Ａ）
　図８Ａに示すアンテナ装置１Ａは、支持部材２と、放熱部材３と、通信モジュール４と、ヒートシンク７とを備える。
　通信モジュール４は、支持部材２の上に位置している。通信モジュール４は、基板部５と素子ユニット６と樹脂層８とを有する。樹脂層８は、基板部５と素子ユニット６との間に位置している。
　基板部５は、支持部材２の上に位置している。基板部５は、平面視で素子ユニット６を囲むように位置している。周囲を基板部５および素子ユニット６で囲まれた空間である通信モジュール４の凹部４ａの内部は、放熱部材３で満たされている。
　ヒートシンク７は、支持部材２と同じ部材により、支持部材２上に一体化されて位置している。通信モジュール４は、凹部４ａの内部を満たす放熱部材３を介して支持部材２上のヒートシンク７に固定されている。
（アンテナ装置１Ｂ）
　図８Ｂに示すアンテナ装置１Ｂは、ヒートシンク７の一部が、通信モジュール４の凹部４ａに嵌まるように位置している点で図８Ａに示すアンテナ装置１Ａが有するヒートシンク７と相違する。また、アンテナ装置１Ｂは、基板部５と支持部材２との間に放熱部材３ｂが位置している。放熱部材３ｂは、放熱部材３と材質が同じである。このように、アンテナ装置１Ｂは、基板部５および支持部材２を放熱部材３ｂが接合することにより、アンテナ装置１Ａと比較して、通信モジュール４で発生した熱を基板部５および放熱部材３ｂを介して放熱する経路が生じる。
（アンテナ装置１１Ａ）
　図８Ｃに示すアンテナ装置１１Ａは、支持部材１２と、放熱部材１３と、通信モジュール１４とを備える。
　通信モジュール１４は、支持部材１２の上に位置している。通信モジュール１４は、支持部材１２側から順に、樹脂層１８と、回路部１７と、基板部１５と、素子部１６とを有する。
　樹脂層１８は、支持部材１２と向かい合う回路部１７の端部に位置している。回路部１７は、樹脂層１８と基板部１５との間に位置している。回路部１７は、一端が基板部１５から支持部材１２側に突出している。回路部１７および樹脂層１８は、凸部の一例である。
　樹脂層１８は、支持部材１２から離れて位置している。凸部である回路部１７および樹脂層１８の周囲には、放熱部材１３が位置しており、支持部材１２上に通信モジュール１４を固定している。
（アンテナ装置１１Ｂ）
　図８Ｄに示すアンテナ装置１１Ｂは、通信モジュール１４の凸部としての回路部１７および樹脂層１８の側面が放熱部材１３で被覆されている点で図８Ｃに示すアンテナ装置１１Ａと相違する。
　放熱部材１３は、回路部１７および樹脂層１８の周囲に基板部１５から支持部材１２にわたって位置しているため、回路部１７および樹脂層１８は、外部に露出していない。このように、アンテナ装置１１Ｂは、凸部の側面が放熱部材３で被覆されることにより、アンテナ装置１１Ａと比較して、通信モジュール４と放熱部材３との接触面積が増大する。
　図９は、図８Ａ～図８Ｄに示すアンテナ装置の放熱性を比較する図である。図９において、「直下温度」は、平面視でアンテナ装置１Ａ、１Ｂの素子ユニット６、アンテナ装置１１Ａ、１１Ｂの素子部１６の中心と重なる支持部材２、１２のうち、通信モジュール４、１４の実装面とは反対側に位置する面の表面温度である。また、「最高温度」、「最低温度」はそれぞれ、図８Ａ～図８Ｄに示すアンテナ装置１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂのうち、表面温度がそれぞれ最高および最低となる温度である。
　なお、図９では、アンテナ装置１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂの通電条件を同じにしてそれぞれ測定した結果を示したものである。図９に示すように、アンテナ装置１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂはいずれも、直下温度が１００℃以下となり、用途に適した放熱性を有している。特に、アンテナ装置１Ａ，１１Ａと比較して通信モジュール４、１４と放熱部材３（および３ｂ）、１３との接触面積が大きいアンテナ装置１Ｂ，１１Ｂでは、アンテナ装置１Ａ，１１Ａと比較して高い放熱性を有している。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　　１，１１　アンテナ装置
　　２，１２　支持部材
　　３，１３　放熱部材
　　４，１４　通信モジュール
　　５，１５　基板部
　　６　素子ユニット
　　７　ヒートシンク（放熱体）
　　８，１８　樹脂層
　　９，１９　フィン部材
　１０，２０　アレイアンテナ
　１６　素子部
　１７　回路部

Claims (12)

  1. 　支持部材と、
    　前記支持部材の上に位置し、前記支持部材と向かい合う凹部または凸部を有する通信モジュールと、
    　前記凹部の内部または前記凸部の周囲に位置し、前記通信モジュールと前記支持部材とを接合する放熱部材と
    　を備えるアンテナ装置。
  2. 　前記通信モジュールの前記凹部は、前記放熱部材で満たされている
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記通信モジュールの前記凸部は、側面が前記放熱部材で被覆されている
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記通信モジュールは、基板部と、前記基板部から前記支持部材側に突出する回路部とを有し、
    　前記放熱部材は、前記回路部の周囲に位置している
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記支持部材上に位置する放熱体を備え、
    　前記放熱体は、平面透視で、前記放熱部材と重なっている
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  6. 　前記支持部材上に位置する放熱体を備え、
    　前記放熱体の少なくとも一部が、前記凹部に嵌まるように位置している
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  7. 　前記支持部材上に位置する放熱体を備え、
    　前記放熱部材は、前記凹部の内部に位置し、
    　前記放熱体の少なくとも一部は、前記凹部に嵌まるように位置するとともに、平面透視で、前記放熱部材と重なっている
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  8. 　前記放熱体と前記支持部材とは、同じ材質で一体化されている
    　請求項５～７のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  9. 　前記通信モジュールと前記放熱部材との間に位置し、前記放熱部材よりも弾性率が小さい樹脂層を有する
    　請求項１～８のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  10. 　前記樹脂層は、前記通信モジュールの側面に及んでいる
    　請求項９に記載のアンテナ装置。
  11. 　前記通信モジュールが位置しない前記支持部材の裏面にフィン部材を有する
    　請求項１～１０のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
  12. 　支持部材と、
    　前記支持部材の上に位置し、前記支持部材と向かい合う凹部または凸部を有する複数の通信モジュールと、
    　前記凹部の内部または前記凸部の周囲にそれぞれ位置し、前記通信モジュールのそれぞれと前記支持部材とをそれぞれ接合する放熱部材と
    　を備えるアレイアンテナ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011211424A (ja) * 2010-03-29 2011-10-20 Panasonic Corp ミリ波送受信機
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